DE10164379A1 - Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen kohlenstoffdotierten Wafers und eines epitaktischen Halbleiter-Wafers - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen kohlenstoffdotierten Wafers und eines epitaktischen Halbleiter-WafersInfo
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Abstract
Ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen kohlenstoffdotierten Halbleiter-Wafers schließt die Schritte des Mischens einer Menge von Kohlenstoff mit einer Menge von Silizium ein und des anschließenden Zusammenschmelzens der Mengen von Kohlenstoff und Silizium, des Wachsens eines Rohblockes mit Kohlenstoff aus dem kohlenstoffhaltigen geschmolzenen Silizium, des Schleifens des Rohblockes mit Kohlenstoff, um so eine flache Oberfläche und eine Kerbe zu erzeugen, des Schneidens des Rohblockes mit Kohlenstoff in eine Scheibe eines Silizium-Wafers, des Polierens des Silizium-Wafers mit Kohlenstoff, und des Wachsens einer epitaktischen Siliziumschicht auf einer Oberfläche des polierten Silizium-Wafers mit Kohlenstoff.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen epitaktischen Halbleiter-Wafer und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiter-Wafers bei welchem ein Siliziumsubstrat mit Kohlenstoff dotiert ist, in dem Polysilizium- und Kohlenstoffklumpen zusammengeschmolzen werden, wodurch Zwischengittersilizium effektiv kontrolliert wird, und wodurch eine aktive Region des Elementes beeinflusst wird, und somit ein sehr hochintegriertes Halbleiterbauelement realisiert wird.
- Im Allgemeinen benötigen Wafer-Herstellungsverfahren notwendigerweise Ionenimplantationsschritte. Die Implantation von Ionen in Siliziumkristalle erzeugt jedoch ein großes Maß an Zwischengittersiliziumatomen. Solche Zwischengittersiliziumatome verursachen eine vorübergehend gesteigerte Diffusion von Bor während der anschließenden Hitzebehandlungsschritte, und bilden auch ein tiefes Fangstellenniveau innerhalb der Siliziumbandlücke. Darüber hinaus führt die vorübergehend gesteigerte Diffusion von Bor oftmals zu einem umgekehrten Kurzkanaleffekt in einem Kurzkanaltransistor, während das tiefe Fangstellenniveau einer Verschlechterung der Bauelementeigenschaften Vorschub leistet, wie etwa Übergangsleckströme.
- Als Lösung für diese Probleme hat die Technologie des Standes der Technik schnelle Geifer-Verfahren verwendet, in denen Kohlenstoff in eine Kanalregion implantiert wird, um die Zwischengittersiliziumatome zu absorbieren. Obwohl schnelle Getter- Verfahren vorteilhafterweise die vorübergehend verstärkte Diffusion von Bor durch implantierten Kohlenstoff unterdrücken können, können die Kohlenstoffatome unglücklicherweise ein weiteres Fangstellenniveau bilden, welches einen Anstieg in einem Übergangsleckstrom verursacht.
- Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von epitaktischen Halbleiter-Wafern zur Verfügung zu stellen, welches in der Lage ist, einen durch ein durch Dotierkohlenstoff gebildetes Fangstellenniveau verursachten Anstieg in einem Verbindungsleckstrom zu unterdrücken.
- Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiter-Wafers zur Verfügung zu stellen, welches in der Lage ist, einen intrinsischen Getter-Effekt zu verbessern, in dem viel mehr intrinsische Getterregionen gebildet werden.
- Dieses und andere Ziele werden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffdotierten epitaktischen Halbleiter-Wafers erreicht, wobei das Verfahren die Schritte einschließt, dass Kohlenstoffhaltiges Silizium zur Verfügung gestellt wird, ein Rohblock von dem kohlenstoffhaltigen Silizium gewachsen wird, ein kohlenstoffhaltiger Silizium-Wafer gebildet wird, indem der Rohblock in Scheiben geschnitten wird und dann der in Scheiben geschnittene Rohblock oberflächenbehandelt wird, und indem eine epitaktische Siliziumschicht auf einer Oberfläche des kohlenstoffhaltigen Silizium-Wafers gewachsen wird.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zur Verfügung gestellt ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffdotierten epitaktischen Halbleiter-Wafers, wobei das Verfahren die Schritte einschließt, dass eine Menge von Kohlenstoff mit einer Menge von Silizium gemischt wird und dann die Mengen von Kohlenstoff und Silizium zusammengeschmolzen werden, dass ein Rohblock von dem geschmolzenen kohlenstoffhaltigen Silizium gewachsen wird, dass der Rohblock geschliffen wird, um eine flache Oberfläche und eine Kerbe zu erzeugen, dass der Rohblock in kohlenstoffhaltige Silizium-Wafer zerschnitten wird, dass die kohlenstoffhaltigen Silizium-Wafer poliert werden, und dass eine epitaktische Siliziumschicht auf der Oberfläche der polierten kohlenstoffhaltigen Silizium-Wafer aufgewachsen wird.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein epitaktischer Halbleiter-Wafer eine Menge von Kohlenstoff, die innerhalb einer Menge von Silizium enthalten ist; einen Rohblock, der aus dem kohlenstoffhaltigen Silizium gebildet ist; einen kohlenstoffhaltigen Silizium-Wafer, der erhalten wird, indem der Rohblock in Scheiben geschnitten wird, um eine Vielzahl von Roh-Wafern zu erhalten; und eine epitaktische Siliziumschicht, die auf einer Oberfläche jedes kohlenstoffhaltigen Silizium-Wafers gebildet ist.
- Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die Mengen von Polysilizium und Kohlenstoff zusammen in einem Tiegel zeigt, der in den Verfahrensschritten zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiter-Wafers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
- Fig. 2 ist eine schematische Ansicht des in dem Tiegel geschmolzenen Polysiliziums und Kohlenstoffs in dem Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiter- Wafers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines kohlenstoffdotierten Siliziumrohblockes, welcher unter Verwendung des Czochalski-Verfahrens in den Schritten des Verfahrens zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiter-Wafers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gewachsen wurde.
- Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die zeigt, wie in dem Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiter-Wafers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Rohblock in eine Scheibe eines primitiven kohlenstoffdotierten Wafers geschnitten wird.
- Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die die Schritte des Polierens des geschnittenen kohlenstoffdotierten Wafers in einem Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiter-Wafers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die den Schritt des Aufwachsens einer epitaktischen Schicht auf den kohlenstoffdotierten polierten Wafer in einem Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiter-Wafers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- Die vorliegenden Erfindung wird nunmehr detaillierter mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen die Schritte der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden und sollte nicht derart aufgefasst werden, dass sie auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist; vielmehr werden diese Ausführungsformen nur zu dem Zweck zur Verfügung gestellt, dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und sie den Schutzbereich der Erfindung dem Durchschnittsfachmann vollständig vermitteln.
- Wie in der Fig. 1 dargestellt, befindet sich eine Menge von kristallinem Silizium 1 in einem Tiegel 10 in der Vorbereitung zur Bildung eines Silizium-Wafers. Zusätzlich wird eine Menge von Kohlenstoffstücken 3 mit dem kristallinem Silizium 1 in dem Tiegel 10 gemischt. Die gemischten Mengen Silizium 1 und Kohlenstoff 3 werden dann erhitzt bis die Mischung den Zustand 4 flüssigen Siliziums erreicht, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Dotierkonzentration des Kohlenstoffes in dem geschmolzenen Silizium 4 beträgt etwa 1 × 1014 bis 5 × 1017 Atome/cm3.
- Anschließend wird gemäß Fig. 3 ein Kristallisationskeimkristall 5 der gewünschten Orientierung mit der oberen Oberfläche des geschmolzenen Siliziums 4 in Kontakt gebracht und dann langsam noch oben angehoben, während der Kristallisationskeimkristall 5 und der Tiegel 10 in entgegengesetzten Richtungen rotiert werden. Ein Siliziumrohblock 7 mit Dotierkohlenstoff darin wird somit zu einer einkristallinen Struktur gewachsen. Solch ein Verfahren zum Wachsen eines Kristalls ist wohlbekannt und wird als Czochralski-Verfahren bezeichnet. Alternativ kann ein anderes Kristallwachsverfahren, wie etwa das Floating-Zonen-Verfahren, verwendet werden. Vorzugsweise wird die Sauerstoffkonzentration in dem Rohblock 7 auf einem Niveau zwischen 8 und 13 Teilen pro Millionen Atomen (ppma) kontrolliert.
- Anschließend wird der kohlenstoffdotierte Silizium-Rohblock 7 der in Übereinstimmung mit der bestimmten Orientierung gewachsen wurde, einem Schleifprozess ausgesetzt, um eine flache Oberfläche und eine Kerbe zu bilden und wird dann unter Verwendung von Kleber an einem Kohlenstoffarm befestigt. Als nächstes, wie schematisch in der Fig. 4 dargestellt, wird der Silizium-Rohblock 7 in eine Vielzahl von Scheiben zerschnitten, die primitive kohlenstoffdotierte Wafer 11 umfassen. Dann werden die primitiven Wafer 11 weiter einem Kantenschleifprozess ausgesetzt.
- Anschließend werden die in Scheiben geschnittenen kohlenstoffdotierten Wafer 11 gemäß Fig. 5 einem Oberflächenpolierverfahren unter Verwendung eines Poliergerätes 30 ausgesetzt. Zusätzlich können andere herkömmliche Verfahren, wie etwa Rohpolieren, Kantenpolieren, Ätzen in einer Säure oder einer Alkalilösung, thermisches Donatorentfernen, Feinpolieren vor oder nach dem Oberflächenpolierverfahren ausgeführt werden.
- Als nächstes werden die polierten Wafer, von denen ein polierter kohlenstoffdotierter Wafer 11 in der Fig. 6 dargestellt ist, einer angemessenen (nicht dargestellten) Kammer für das epitaktische Siliziumwachstum zur Verfügung gestellt. Gemäß Fig. 6 wird in der Kammer eine epitaktische Siliziumschicht 13 bis zu einer vorbestimmten Dicke auf dem polierten Wafer 11 aufgewachsen, so dass ein epitaktischer kohlenstoffdotierter Halbleiter-Wafer erhalten wird. Vorzugsweise wird die Dicke des epitaktischen Halbleiter-Wafers 13 auf einem Wert zwischen 0.5 und 5 µm kontrolliert.
- Das zuvor vollständig beschriebene Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hat die folgenden Vorteile. Da die epitaktische Siliziumschicht auf dem kohlenstoffdotierten Silizium-Wafer in den nachfolgenden (hier nicht weiter beschriebenen) Fabrikationsschritten eine aktive Bauelementregion bildet, wird Zwischengittersilizium in einer bestimmten Tiefe mit Kohlenstoff kombiniert. Dementsprechend kann die Konzentration des in der aktiven Bauelementregion infiltrierten Siliziums bemerkenswert reduziert werden. Das bedeutet, dass die vorliegende Erfindung gemäß der Kohlenstoffdotierung einen Effekt zusätzlich zu einem vorhandenen Vorteil gemäß der Verwendung des epitaktischen Silizium-Wafers zur Verfügung stellt. Insbesondere wird der intrinsische Geifer-Effekt auch verbessert, da der kohlenstoffdotierte Silizium-Wafer vielmehr intrinsische Geifer-Regionen aufweist, als andere SiliziumWafer, die kein Dotierkohlenstoff aufweisen.
- In den Zeichnungen und in der Beschreibung wurden typische bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung offenbart und, obwohl spezifische Ausdrücke verwendet werden, werden sie nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und nicht zum Zwecke der Beschränkung verwendet, da der Schutzbereich der Erfindung in den folgenden Ansprüchen niedergelegt und nur durch diese eingegrenzt wird.
Claims (18)
1. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiter-Wafers mit
Kohlenstoff, mit den Schritten:
eine Menge von Kohlenstoff wird innerhalb einer Menge von Silizium zur Verfügung gestellt;
ein Rohblock aus dem kohlenstoffhaltigen Silizium wird gewachsen; Silizium-Wafer mit Kohlenstoff werden durch Zerschneiden des Rohblockes gebildet, um eine Vielzahl von Roh-Wafern zu erhalten, wobei die beschnittenen Roh-Wafer anschließend oberflächenbehandelt werden; und
auf einer Oberfläche jedes Silizium-Wafers mit Kohlenstoff wird eine epitaktische Siliziumschicht aufgewachsen.
eine Menge von Kohlenstoff wird innerhalb einer Menge von Silizium zur Verfügung gestellt;
ein Rohblock aus dem kohlenstoffhaltigen Silizium wird gewachsen; Silizium-Wafer mit Kohlenstoff werden durch Zerschneiden des Rohblockes gebildet, um eine Vielzahl von Roh-Wafern zu erhalten, wobei die beschnittenen Roh-Wafer anschließend oberflächenbehandelt werden; und
auf einer Oberfläche jedes Silizium-Wafers mit Kohlenstoff wird eine epitaktische Siliziumschicht aufgewachsen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei eine Konzentration des in dem Silizium enthaltenen Kohlenstoffes
zwischen 1 × 1014 und 5 × 1017 Atome/cm3 liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die Konzentration des Sauerstoffs in dem Silizium-Wafer mit Kohlenstoff
zwischen 8 und 13 Teilen pro Mio. Atome (ppma) liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die epitaktische Siliziumschicht auf dem Wafer eine Dicke zwischen 0.5
und 5 µm aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die epitaktische Siliziumschicht als aktive Bauelementregion verwendet
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei ein weiterer Schritt das Mischen des Kohlenstoffes mit der Menge des
Siliziums und das anschließende Schmelzen des Kohlenstoffes zusammen mit
(einem Klumpen des) dem Silizium umfasst.
7. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Kohlenstoff aufweisenden
Wafers, mit den Schritten:
eine Menge von Kohlenstoff wird mit einer Menge von Silizium gemischt und dann werden die Mengen von Kohlenstoff und Silizium geschmolzen;
ein Rohblock mit Kohlenstoff wird aus dem kohlenstoffhaltigen geschmolzenen Silizium gewachsen;
der Rohblock mit Kohlenstoff wird geschliffen, um eine flache Oberfläche und eine Kerbe zu bilden;
aus dem Rohblock mit Kohlenstoff wird eine Scheibe eines Silizium-Wafers geschnitten;
der Silizium-Wafer mit Kohlenstoff wird poliert; und
eine epitaktische Siliziumschicht wird auf einer Oberfläche des polierten kohlenstoffhaltigen Silizium-Wafers aufgewachsen.
eine Menge von Kohlenstoff wird mit einer Menge von Silizium gemischt und dann werden die Mengen von Kohlenstoff und Silizium geschmolzen;
ein Rohblock mit Kohlenstoff wird aus dem kohlenstoffhaltigen geschmolzenen Silizium gewachsen;
der Rohblock mit Kohlenstoff wird geschliffen, um eine flache Oberfläche und eine Kerbe zu bilden;
aus dem Rohblock mit Kohlenstoff wird eine Scheibe eines Silizium-Wafers geschnitten;
der Silizium-Wafer mit Kohlenstoff wird poliert; und
eine epitaktische Siliziumschicht wird auf einer Oberfläche des polierten kohlenstoffhaltigen Silizium-Wafers aufgewachsen.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
wobei eine Konzentration von in dem geschmolzenen Silizium enthaltenen
Kohlenstoff zwischen 1 × 1014 und 5 × 1017 Atome/cm3 liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 7,
wobei die Konzentration von Sauerstoff in dem kohlenstoffhaltigen Silizium-
Wafer zwischen 8 und 13 Teilen pro Mio. Atome (ppma) liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 7,
wobei die epitaktische Siliziumschicht bis zu einer Dicke zwischen 0.5 und 5 µm
gebildet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 7,
wobei die epitaktische Siliziumschicht als eine aktive Bauelementregion
verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 7,
wobei der Schritt des Wachsens des Rohblockes mit Kohlenstoff durch ein
Czochralski oder ein Floatingzonenverfahren ausgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 7,
wobei das Polieren des kohlenstoffhaltigen Silizium-Wafers ein Verfahren
einschließt, welches aus einer Gruppe von Verfahren ausgewählt ist, welche
Gruppe besteht aus Oberflächenpolieren, Rohpolieren, Kantenpolieren, Ätzen
in einer Säure oder einer Alkalilösung, thermischem Donatorenentfernen und
Feinpolieren.
14. Epitaktischer Halbleiter-Wafer, aufweisend:
eine Menge von Kohlenstoff, welche in einer Menge von Silizium enthalten ist;
einen Rohblock, welcher aus dem kohlenstoffhaltigen Silizium gebildet ist;
einen Kohlenstoff aufweisenden Silizium-Wafer, welcher durch Schneiden des Rohblockes erhalten wurde, um eine Vielzahl von Roh-Wafern zu erhalten; und
eine epitaktische Siliziumschicht, die auf einer Oberfläche des Kohlenstoff aufweisenden Silizium-Wafers gebildet wurde.
eine Menge von Kohlenstoff, welche in einer Menge von Silizium enthalten ist;
einen Rohblock, welcher aus dem kohlenstoffhaltigen Silizium gebildet ist;
einen Kohlenstoff aufweisenden Silizium-Wafer, welcher durch Schneiden des Rohblockes erhalten wurde, um eine Vielzahl von Roh-Wafern zu erhalten; und
eine epitaktische Siliziumschicht, die auf einer Oberfläche des Kohlenstoff aufweisenden Silizium-Wafers gebildet wurde.
15. Wafer nach Anspruch 14,
wobei eine Konzentration von in dem Silizium enthaltenem Kohlenstoff
zwischen 1 × 1014 und 5 × 1017 Atome/cm3 liegt.
16. Wafer nach Anspruch 14,
wobei die Konzentration des Sauerstoffs in dem Kohlenstoff aufweisenden
Silizium-Wafer zwischen 8 und 13 Teilen pro Mio. Atome (ppma).
17. Wafer nach Anspruch 14,
wobei die epitaktische Siliziumschicht auf dem Wafer eine Dicke zwischen 0.5
und 5 µm aufweist.
18. Wafer nach Anspruch 14,
wobei die epitaktische Siliziumschicht als eine aktive Bauelementregion
verwendet wird.
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